污水处理过程PLC模糊控制器的设计与应用

1 引言

二十一世纪以来，随着生物工程技术的迅猛发展，困扰人们多年的环保水处理这一日益严重的问题迎来了解决契机。大量资料表明，我国目前及今后相当长一段时间内的环境问题主要是水环境问题，水环境问题又主要是有机废水的污染问题。因此，有机废水的治理是环保工作中极其重要的一面。在现今，各个国家普遍采用生物法处理城市工业生活污水、各种浓度有机废水。污水废水生物处理技术以其消耗少、效率高、成本低、工艺操作管理方便可靠和无二次污染等显著优点而备受人们的青睐。

2 sbr法原理介绍

2.1 sbr法工艺优点

废水生物处理方法很多，其中活性污泥法的基本原理是：利用微生物去除污染物中的有机物，在去除过程中，首先需要微生物将有机物转化成co2和h2o以及微生物菌体，完后将微生物保存下来，在适当时间通过排除剩余污泥，从系统中除去新增的微生物。序批式活性污泥法（又称sbr法）是传统活性污泥法的一种改进与变形。其主体构筑物是sbr反应池。污水在这个反应池中完成反应（曝气）、沉淀、排水及排除剩余污泥等工序。这种污水处理工艺简易、快速且低耗，具有效率高、工艺简单、脱氢除磷效果好，防止污泥膨胀能力强、耐冲击负荷以及处理能力强等优点，适合水质水量变化大的中小城镇的生活污水处理，以及容易生物降解的工业废水处理。

2.2 sbr法污水处理过程分析

sbr法由初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、污泥回流和剩余污泥排放几个系统组成。初次沉淀池用于去除污水中原生悬浮物，当悬浮物少时可不设置。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液，通过曝气阀通入空气，这样使混合液得到充足的搅拌而呈悬浮状态，然后进入沉淀池。混合液中的悬浮物质在沉淀池里沉淀下来和水分离，净化水流出沉淀池。同时，沉淀池里的污泥大部分回流，成为回流污泥。

2.3 sbr法污水处理流程

传统污水处理过程是按照时间和顺序进行控制的，见表1。

从充水开始到排水结束为一个周期，即12小时。在一个周期内，曝气、停气使沉淀池充氧、缺氧状态交互进行。以分解污水中含碳化合物（代表物为化学需氧量cod），以及含氮化合物的硝化和反硝化，达到脱除碳、氮、氨的目的。

3 PLC模糊控制器的优化设计

3.1 应用背景

实际上，工业污水中有机物的浓度随时间而变化，若呆板地按照固定的时间来控制sbr污水处理系统的运行，既浪费能源又易发生污泥膨胀，而且若时间设置不当还将影响处理效果。

近年来，由于模糊控制学科的迅速发展，已有大量将模糊逻辑控制技术应用于工业自动化、机器人控制以及智能仪表和家用电器领域的实例。模糊控制器是一种基于模糊控制规则的控制器，而这种模糊规则就是人们对实际受控制过程的归纳以及经验的总结。

目前，许多污水处理工厂在实际应用中还不能实时检测各种污水指标，只是采用时间程序控制，所以影响了控制效果以及污水处理能力。然而由于市场上化学需氧量cod浓度在线检测仪的出现，我们可以将cod浓度作为重要的工艺参数，组成基于plc的sbr污水处理模糊控制系统。

3.2 plc模糊控制器的优点

由于sbr法污水处理系统本身是一个复杂的动态系统，其数学模型难以精确确定。化学需氧量cod是一个重要的参数，其在线检测有一定的滞后。基于plc的模糊控制方案不需要确定控制对象精确的数学模型，而是根据控制规则决定控制量的大小，这种方法可以使这个反应过程的cod处于合适的范围。这样，系统就可以通过在线检测cod的浓度值来调节曝气量，以保证出水质量，节省运行费用。

4 plc模糊控制器的设计

模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊三部分。e和ex分别为e和ex模糊化后的模糊量，u为模糊控制量，u为u解模糊化后的精确量。